Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
физика / 18_amp_amp_19_elPole_v_vakuume.doc
Скачиваний:
35
Добавлен:
05.03.2016
Размер:
1.11 Mб
Скачать

Конспект лекций по физике Федун В.И.

18

Электрический заряд Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции.

Теорема Остроградского-Гаусса

Поле диполя.

Электромагнетизм

Лекция 18.

Электростатика в вакууме.

Электростатика устанавливает законы, определяющие поведение и взаимодействие неподвижных зарядов.

Современная физика оперирует понятием электромагнитного поля, рассматривая его, наряду с веществом, в качестве одного из видов материи. Этот вид материи – электромагнитное поле – обладает энергией, импульсом и может быть охарактеризован другими физическими свойствами. Именно посредством полей осуществляются электромагнитные взаимодействия тел.

Свойства электрического заряда.

Наряду с массой одной из основных характеристик частицы является её электрический заряд. Электрический заряд обладает свойствами:

1) Опытным путем установлено, что существуют как положительные, так и отрицательные электрические заряды. Этот экспериментальный факт называют дуализмом или двойственностью заряда.

Заряды одинакового знака отталкиваются, а разноименные заряды притягиваются.

2) Следующее утверждение, являющееся экспериментальным фактом, – это закон сохранения электрического заряда. Полный заряд (алгебраическая сумма зарядов) электрически изолированной системы никогда не меняется. Нарушения закона сохранения заряда не наблюдались.

3). Релятивистская инвариантность полного заряда:

алгебраическая сумма зарядов в изолированной системе не меняется при переходе от одной ИСО (инерциальной системы отсчета) к другой, независимо от скорости их относительного движения.

4). Квантование или дискретность заряда.

Полный заряд любого тела кратен элементарному заряду . Опыты с макроскопическими телами позволяют установить дискретное изменение заряда лишь в тех случаях, когда избыточный заряд одного знака будет состоять лишь из небольшого числа элементарных. Такой случай реализуется вкапельном методе Милликена (описание опыта дается на лекции или см. в рекомендованной литературе), позволяющем достигнуть очень высокой точности в определении величины элементарного заряда.

Закон Кулона

Кулон (1785 г.) проводил опыты по измерению силы взаимодействия точечных зарядов (размеры заряженных тел значительно меньше расстояния между ними ,Рисунок 18.1) с помощью крутильных весов и открыл основной количественный закон электростатики.

Рисунок 18.1.

Сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов пропорциональна величине каждого из зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена вдоль прямой, соединяющей заряды.

,

(18.1)

Выбор коэффициента зависит от системы единиц. Всистеме СИ основные единицы: метр (м), килограмм (кг), секунда (с), Кельвин (К) и Ампер (А). При этом величина заряда и сила определяются независимо:

1 заряда (Кулон) = 1Кл = 1 А1 с

Коэффициент равен:

где - диэлектрическая постоянная. Тогда значение коэффициентасоставляет.

Напряженность электрического поля.

Взаимодействие между покоящимися зарядами осуществляется посредством электрического поля. Всякий электрический заряд определенным образом изменяет свойства окружающего пространства, т.е. создает в нем электрическое поле, которое может быть обнаружено по воздействию на «пробный» заряд q0. (Под пробным понимают такой заряд, который практически не изменяет электростатическое поле рассматриваемой системы зарядов).

Силовой характеристикой электрического поля служит векторная величина, называемая напряженностью электрического поля и опреде­ляемая как

(18.2)

Напряженность поля, создаваемого точечным зарядом в окружающем пространстве, определяется выражениями:

(18.3)

Однородным называется электрическое поле, напряженность которого во всех точках рассматриваемого пространства одинакова:

(18.4)

Принцип суперпозиции.

Принцип суперпозиции (наложения) электрических полей вытекает из обобщения опытных фактов.

Опыт показывает, что сила, действующая на «пробный» заряд со стороныго заряда не изменяется в присутствии других зарядов:

(18.5)

Поэтому при наличии системы электрических зарядов полная сила, действующая на «пробный» заряд , будет равна векторной сумме сил, действующих на «пробный» зарядсо стороны каждого заряда рассматриваемой системы:

(18.6)

Принцип суперпозиции Напряженность электрического поля, создаваемого всеми зарядами системы, в любой точке пространства определяется как векторная сумма напряженностей полей, создаваемых каждым отдельным зарядом:

(18.7)

Если заряд распределен в пространстве непрерывно, то весь объем, содержащий заряд, разбивают на столь малые области, в пределах которых заряды можно считать точечными и равными по величине , где- плотность заряда. Тогда электрическое поле, создаваемое таким зарядом находится как

(18.8)

Соседние файлы в папке физика